CN103089338B - 包括内-外涡轮壳体密封组件的涡轮机及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种包括内‑外涡轮壳体密封组件的涡轮机及其方法，所述涡轮机包括内壳体部件，所述内壳体部件具有延伸到第二端的第一端，并且具有密封构件。外壳体部件连接到所述内壳体部件。环形外壳体部件包括：第一端部分，所述第一端部分延伸到第二端部分；以及密封元件，所述密封元件与环形内壳体部件的所述密封构件对准/配合，从而形成密封通道。所述密封通道中设有密封件。所述密封件包括通过中间区域延伸到第二端区段的第一端区段。所述第一端区段包括凹陷部分且所述第二端区段包括连接部分。所述连接部分经配置和设置以嵌入所述凹陷部分内，从而形成大体上连续的密封件。

Description

包括内-外涡轮壳体密封组件的涡轮机及其方法

技术领域

本发明涉及涡轮机领域，确切地说，涉及具有内-至-外涡轮壳体密封组件的涡轮机。

背景技术

许多现有的燃气涡轮机安装有环形内壳体，用于相对于环形外壳体进行径向和轴向膨胀和收缩。环形内壳体由两个或两个以上段沿着栓结法兰裂缝线接合/连接而形成。其他系统可采用单件式环形内壳体。环形外壳体通常由两个大体上呈半圆的半体沿着中线接合/连接而形成。环形内壳体支撑涡轮的喷嘴和防护罩。环形外壳体支撑燃烧室以及如冷却回路等各种辅助部件。因此，与环形内壳体接触的气流温度高于通过环形外壳体的气流温度。暴露在不同温度的气流中将导致每个环形内壳体和外壳体的膨胀率不同。

由于环形内壳体和环形外壳体的相对膨胀率不同，因此通常需要密封组件来减少泄漏。在许多系统中，环形内壳体与环形外壳体之间设有一系列叶型密封件。叶型密封件布置成弓形/弧形的端对端关系，与环形内壳体和环形外壳体上的密封区域重叠。端对端的关系会产生段间间隙，所述段间间隙经配置以适应环形内壳体相对于环形外壳体的相对轴向膨胀和收缩。通常在段间间隙上设置覆盖板以进一步减少泄漏。

发明内容

根据示例性实施例的一方面，本发明提供一种涡轮机，其包括环形内壳体部件，所述环形内壳体部件具有通过内壳体表面延伸到第二端的第一端，并且具有密封构件。环形外壳体部件连接到所述环形内壳体部件。所述环形外壳体部件包括：第一端部分，所述第一端部分通过外壳体表面延伸到第二端部分；以及密封元件，所述密封元件经配置和设置以与环形内壳体部件的密封构件对准，从而形成密封通道。密封通道中设有环形密封件。环形密封件包括通过中间区域延伸到第二端区段的第一端区段。第一端区段包括凹陷部分，且第二端区段包括连接部分。所述连接部分经配置和设置以嵌入所述凹陷部分内，从而形成大体上连续的密封件，所述大体上连续的密封件经配置以大体上防止环形内壳体与环形外壳体之间的流体泄漏。

其中，环形密封件包括通过中间腹板连接到第二边缘区段的第一边缘区段，所述第一边缘区段包括第一密封部件，且所述第二边缘区段包括第二密封部件。所述第一密封部件和第二密封部件各自包括大体上呈圆形的横截面。所述第一密封部件经配置和设置以密封所述密封构件，且所述第二密封部件经配置和设置以密封所述密封元件。所述凹陷部分形成于所述中间腹板中，并且包括第一密封部件部分和第二密封部件部分。所述连接部分包括第一密封部件区段和第二密封部件区段，所述第一密封部件区段和第二密封部件区段各自经配置以与所述第一密封部件部分和第二密封部件部分中对应的密封部件部分紧密配合，从而形成所述第一密封部件和第二密封部件中对应的密封部件的一部分。

根据示例性实施例的另一方面，本发明提供一种涡轮机，其包括：压缩机部分；与所述压缩机部分流体连通的燃烧室总成；以及机械地连接到所述压缩机部分、并且与所述燃烧室总成流体连通的涡轮部分。涡轮部分包括环形内壳体部件，所述环形内壳体部件具有通过内壳体表面延伸到第二端的第一端，并且具有密封构件。环形外壳体部件连接到所述环形内壳体部件。所述环形外壳体部件具有：第一端部分，所述第一端部分通过外壳体表面延伸到第二端部分；以及密封元件，所述密封元件经配置和设置以与环形内壳体部件的密封构件对准，从而形成密封通道。密封通道中设有环形密封件。环形密封件包括通过中间区域延伸到第二端区段的第一端区段。第一端区段包括凹陷部分，且第二端区段包括连接部分。所述连接部分经配置和设置以嵌入所述凹陷部分内，从而形成大体上连续的密封件，所述大体上连续的密封件经配置以大体上防止环形内壳体与环形外壳体之间的流体泄漏。

所述环形密封件包括通过中间腹板连接到第二边缘区段的第一边缘区段，所述第一边缘区段包括第一密封部件，且所述第二边缘区段包括第二密封部件。所述第一密封部件和第二密封部件各自包括大体上呈圆形的横截面。所述第一密封部件经配置和设置以密封所述密封构件，且所述第二密封部件经配置和设置以密封所述密封元件。所述凹陷部分形成于所述中间腹板中，并且包括第一密封部件部分和第二密封部件部分。所述连接部分包括第一密封部件区段和第二密封部件区段，所述第一密封部件区段和第二密封部件区段各自经配置以与所述第一密封部件区段和第二密封部件部分中对应的密封部件区段紧密配合，从而形成所述第一密封部件和第二密封部件中对应的密封部件的一部分。

根据本发明示例性实施例的又一方面，一种对涡轮机内-外壳体分界面进行密封的方法包括：将环形密封件的第一端插入形成于环形内涡轮壳体与环形外涡轮壳体之间的密封通道中；引导所述环形密封件进入所述密封通道中；以及将形成于所述环形密封件的第二端处的连接部分嵌入形成于所述环形密封件的所述第一端中的凹口中。

所述方法进一步包括：将所述密封件的第一密封部件定位在所述内壳体的密封构件中，以密封所述环形内壳体部分；将连接到所述第一密封部件的第二密封部件定位在所述外壳体的密封元件中，以密封所述环形外壳体部件。其中，将所述连接部分嵌入所述凹口中的步骤包括形成连续的环形密封件。并且，将所述连接部分嵌入所述凹口中的步骤包括将第一密封部件部分与第一密封部件区段相连，从而在所述第一端和第二端的分界面处形成第一密封部件。将所述连接部分嵌入所述凹口中的步骤还包括将第二密封部件部分与第二密封部件区段相连，从而在所述第一端和第二端的分界面处形成第二密封部件。

通过以下结合附图进行的说明可以更加清楚地了解这些和其他优点以及特征。

附图说明

本说明书中的权利要求书特别指出并明确主张了本发明。通过以下结合附图进行的详细说明可以清楚地了解本发明的上述和其他特征以及优点，在附图中：

图1是根据本发明示例性实施例的涡轮机的示意图，其中所述涡轮机包括具有密封组件的环形内壳体和环形外壳体；

图2是根据本发明示例性实施例的环形内壳体部件连接到环形外壳体部件，形成前密封通道和后密封通道的局部透视图；

图3是图2所示前密封通道的平面图，图示了根据示例性实施例的密封件；

图4是所述密封件的第一端连接到所述密封件的第二端的透视图；

图5是所述密封件的第一端的透视图；以及

图6是所述密封件的第二端的透视图。

具体实施方式部分参考附图来以实例方式解释本发明的各项实施例以及优点和特征。

元件符号列表：

参考标号	部件	参考标号	部件
				2	涡轮机	4	压缩机部分
6	涡轮部分	8	共用压缩机/涡轮轴
				10	燃烧室总成	12	环形壳体组件
14	环形内壳体	16	环形外壳体
				17	前部分或上游端	18	后部分或下游端
20	第一环形内壳体部件	22	第二环形内壳体部件
				30	第一环形外壳体部件	32	第二环形外壳体部件
36	第一环形密封件	38	第二环形密封件

51	第一端	52	第二端
				53	内壳体主体	58	第一密封件构件
59	第二密封件构件	60	环形内槽
				71	第一端部分	72	第二端部分
73	外壳体表面	78	第一密封元件
				79	第二密封元件	80	环形外槽
86	第一环形密封通道	94	第一端区段
				95	第二端区段	96	中间区域
99	凹陷部分	100	连接部分
				104	第一边缘区段	105	第二边缘区段
106	中间腹板	110	第一密封部件
				111	第二密封部件	130	第一密封部件部分
131	第二密封部件部分	140	第一密封部件区段
				141	第二密封部件区段	144	第一段间裂缝
145	第二段间裂缝	146	第一间隙
				147	第二间隙

具体实施方式

参考图1，根据示例性实施例的涡轮机一般用2表示。涡轮机2包括压缩机部分4，所述压缩机部分4通过共用压缩机/涡轮轴8而有效地连接到涡轮部分6。涡轮部分6还通过燃烧室总成10与压缩机部分4流体连通。来自压缩机部分4的空气在燃烧室总成10中与燃料混合以形成可燃性混合物。所述可燃性混合物在燃烧室总成10内燃烧以形成燃烧产物，所述燃烧产物被输送到涡轮部分6。所述燃烧产物通过涡轮部分6膨胀，产生用于发电等的机械转动能。当然，应了解，涡轮机2可用于广泛的应用中。

在图示的示例性实施例中，涡轮部分6包括环形壳体组件12。环形壳体组件12包括支撑固定叶片（未图示）的环形内壳体14，所述环形内壳体连接到环形外壳体16，所述环形外壳体16包括若干流体回路（也未图示），用于将冷却流体输送到涡轮部分6的多个部分。环形壳体组件12包括前部分或上游端17、以及后部分或下游端18。环形内壳体14通过将第一环形内壳体部件20与第二环形内壳体部件22接合/连接而形成。每个环形内壳体部件20、22形成环形内壳体14的一半。类似地，环形外壳体16通过将环形外壳体部件30与第二环形外壳体部件32接合/连接而形成。与以上描述的方式类似，每个环形外壳体部件30、32形成环形外壳体16的一半。为了限制环形内壳体14与环形外壳体16之间的流体泄漏，环形壳体组件12包括布置在上游端17处的第一环形密封件36和布置在下游端18处的第二环形密封件38。

现基于第二环形内壳体部件22和第二环形外壳体部件32可类似地形成这一理解，参考图2到图3来描述第一环形内壳体部件20和第一环形外壳体部件30。环形内壳体部件20包括第一端51，所述第一端51通过内壳体主体53延伸到第二端52。第一端51包括第一密封构件58，而第二端52包括第二密封构件59。第一密封构件58和第二密封构件59各自采取与第一密封构件58相连的环形内槽的形式，例如60所示的环形内槽。类似地，环形外壳体部件30包括第一端部分71，所述第一端部分71通过外壳体表面73延伸到第二端部分72。第一端部分71包括第一密封元件78，而第二端部分72包括第二密封元件79。第一密封元件78和第二密封元件79采取与第一端部分71相连的环形外槽的形式，例如80所示的环形外槽。根据示例性实施例，当将环形内壳体部件20与环形外壳体部件30接合/连接时，第一密封构件58与第一密封元件78对准/配合以形成第一环形密封通道86。类似地，第二密封构件59与第二密封元件79接合/配合以形成第二环形密封通道（未单独标记）。如下文更详细的讨论，第一环形密封通道86经配置以接纳第一环形密封件36，且第二环形密封通道（未单独标记）经配置以接纳第二环形密封件38。

现基于第二环形密封件38可类似地形成这一了解，参考图4到图6来描述第一环形密封件36。第一环形密封件36包括第一端区段94，所述第一端区段94通过中间区域96延伸到第二端区段95。第一端区段94具备凹陷部分99，而第二端区段95具备连接部分100。从下文中可以更为清楚地看出，连接部分100经配置以嵌入凹陷部分99内，从而将第一端区段94与第二端区段95接合/连接。此时应了解，第一环形密封件36可由若干密封段（未图示）形成。每个密封段将包括对应的第一和第二端区段，所述第一和第二端区段接合/连接到邻近的密封段，以形成环形密封件36。

进一步根据示例性实施例，第一环形密封件36包括第一边缘区段104，所述第一边缘区段104通过中间腹板106接合/连接到第二边缘区段105。第一边缘区段104包括第一密封部件110，且第二边缘区段105包括第二密封部件111，所述第一密封部件110和第二密封部件111各自分别具有大体上呈圆形的横截面114和115。第一密封部件110经配置以抵靠密封第一密封元件78的表面（未单独标记），而第二密封部件111经配置以抵靠密封第一密封构件58的表面（未单独标记）。环形密封组件36经配置以漂浮在环形密封通道86内，从而适应或包容环形内壳体14相对于环形外壳体16的任何膨胀或错位。尽管被图示和描述为大体上呈圆形，但也可以是其他几何形状。

进一步根据示例性实施例，第一端区段94包括布置在凹陷部分99处的第一密封部件部分130和第二密封部件部分131。类似地，第二端区段95包括布置在连接部分100处的第一密封部件区段140和第二密封部件区段141。凭借这种布置，当连接部分100嵌入凹陷部分99内时，第一密封部件区段140和第二密封部件区段141分别与第一密封部件部分130和第二密封部件部分131对准/配合，形成第一段间裂缝144和第二段间裂缝145，以在第一端94和第二端95处大体上形成第一密封部件110和第二密封部件111。根据示例性实施例的一方面，第一段间裂缝144和第二段间裂缝145落在（fall on）第一密封部件110和第二密封部件111的接触表面（一般由对应的点线表示）上。此外，当第一端区段94接合/连接到第二端区段95时，第一间隙146和第二间隙147分别在第一边缘区段104和第二边缘区段105处形成。间隙146和147使环形密封件36能够径向膨胀和收缩。

此时应了解，本说明书示例性实施例描述的是围绕涡轮机的环形内壳体与环形外壳体之间的分界面延伸的环形密封件。形成所述环形密封件的目的在于适应所述环形内壳体相对于所述环形外壳体的轴向和径向膨胀和收缩。形成所述密封组件的目的还在于适应或包容所述环形内壳体相对于所述环形外壳体之间的任何错位，而不折损/牺牲密封效果。

尽管仅结合有限数量的实施例来详细描述本发明，但应理解，本发明并不限于此类揭示的实施例。相反，本发明可经修改以涵盖所有之前并未介绍、但与本发明的精神和范围相符合的任意数目的变化、更改、替换或等效布置。此外，尽管已描述本发明的各种实施例，但应理解，本发明的各方面可仅包括所述实施例中的一些实施例。因此，本发明不应视为受前述说明限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (18)

1.一种涡轮机，包括：

环形内壳体部件，其具有通过内壳体表面延伸到第二端的第一端，并且具有密封构件；

连接到所述环形内壳体部件的环形外壳体部件，所述环形外壳体部件具有通过外壳体表面延伸到第二端部分的第一端部分，并且具有密封元件，所述密封元件经配置和设置以与所述环形内壳体部件的所述密封构件对准配合，从而形成密封通道；以及

布置在所述密封通道中的环形密封件，所述环形密封件包括通过中间区域延伸到第二端区段的第一端区段，所述第一端区段包括凹陷部分、且所述第二端区段包括连接部分；所述凹陷部分设置于所述环形密封件的轴向表面内；所述连接部分自所述第二端区段周向地延伸，且经配置和设置以嵌入所述凹陷部分内从而形成大体上连续的密封件，所述大体上连续的密封件经配置以大体上防止所述环形内壳体部件与所述环形外壳体部件之间的流体泄漏。

2.根据权利要求1所述的涡轮机，其中环形密封件包括通过中间腹板连接到第二边缘区段的第一边缘区段，所述第一边缘区段包括第一密封部件，且所述第二边缘区段包括第二密封部件。

3.根据权利要求2所述的涡轮机，其中所述第一密封部件和第二密封部件各自包括大体上呈圆形的横截面。

4.根据权利要求2所述的涡轮机，其中所述第一密封部件经配置和设置以密封所述密封构件，且所述第二密封部件经配置和设置以密封所述密封元件。

5.根据权利要求2所述的涡轮机，其中所述凹陷部分形成于所述中间腹板中，并且包括第一密封部件部分和第二密封部件部分。

6.根据权利要求5所述的涡轮机，其中所述连接部分包括第一密封部件区段和第二密封部件区段，所述第一密封部件区段和第二密封部件区段各自经配置以与所述第一密封部件部分和第二密封部件部分中对应的密封部件部分紧密配合，从而形成所述第一密封部件和第二密封部件中对应的密封部件的一部分。

7.一种涡轮机，包括：

压缩机部分；

燃烧室总成，所述燃烧室总成与所述压缩机部分流体连通；以及

涡轮部分，所述涡轮部分机械地连接到所述压缩机部分，并且与所述燃烧室总成流体连通，所述涡轮部分包括：

环形内壳体部件，具有通过内壳体表面延伸到第二端的第一端，并且具有密封构件；

连接到所述环形内壳体部件的环形外壳体部件，所述环形外壳体部件具有通过外壳体表面延伸到第二端部分的第一端部分，并且具有密封元件，所述密封元件经配置和设置以与所述环形内壳体部件的所述密封构件对准，从而形成密封通道；以及

布置在所述密封通道中的环形密封件，所述环形密封件包括通过中间区域延伸到第二端区段的第一端区段，所述第一端区段包括凹陷部分、且所述第二端区段包括连接部分；所述凹陷部分设置于所述环形密封件的轴向表面内；所述连接部分自所述第二端区段周向地延伸，且经配置和设置以嵌入所述凹陷部分内从而形成大体上连续的密封件，所述大体上连续的密封件经配置以大体上防止所述环形内壳体部件与所述环形外壳体部件之间的流体泄漏。

8.根据权利要求7所述的涡轮机，其中所述环形密封件包括通过中间腹板连接到第二边缘区段的第一边缘区段，所述第一边缘区段包括第一密封部件，且所述第二边缘区段包括第二密封部件。

9.根据权利要求8所述的涡轮机，其中所述第一密封部件和第二密封部件各自包括大体上呈圆形的横截面。

10.根据权利要求8所述的涡轮机，其中所述第一密封部件经配置和设置以密封所述密封构件，且所述第二密封部件经配置和设置以密封所述密封元件。

11.根据权利要求8所述的涡轮机，其中所述凹陷部分形成于所述中间腹板中，并且包括第一密封部件部分和第二密封部件部分。

12.根据权利要求11所述的涡轮机，其中所述连接部分包括第一密封部件区段和第二密封部件区段，所述第一密封部件区段和第二密封部件区段各自经配置以与所述第一密封部件部分和第二密封部件部分中对应的密封部件区段紧密配合，从而形成所述第一密封部件和第二密封部件中对应的密封部件的一部分。

13.一种对涡轮机内-外壳体分界面进行密封的方法，所述方法包括：

将环形密封件的第一端插入形成于环形内壳体与环形外壳体之间的密封通道中；

引导所述环形密封件进入所述密封通道中；以及

将形成于所述环形密封件的第二端处的连接部分嵌入形成于所述环形密封件的所述第一端中的凹口中，所述凹口由所述环形密封件的所述第一端的轴向表面内的面界定。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：将所述密封件的第一密封部件定位在所述环形内壳体的密封构件中，以密封所述环形内壳体。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：将连接到所述第一密封部件的第二密封部件定位在所述环形外壳体的密封元件中，以密封所述环形外壳体。

16.根据权利要求13所述的方法，其中将所述连接部分嵌入所述凹口中的步骤包括形成连续的环形密封件。

17.根据权利要求13所述的方法，其中将所述连接部分嵌入所述凹口中的步骤包括将第一密封部件部分与第一密封部件区段相连，从而在所述第一端和第二端的分界面处形成第一密封部件。

18.根据权利要求17所述的方法，其中将所述连接部分嵌入所述凹口中的步骤包括将第二密封部件部分与第二密封部件区段相连，从而在所述第一端和第二端的分界面处形成第二密封部件。